身体的

鞭子的砰砰声

鞭子猛烈,因为它的结束超过了......声音的速度!物理学家测量鞭状线的末端的速度,并通过超音速爆炸可视化冲击波。

Roland Lehoucq.,Jean-Michel Noutty和Edward Kierlik 科学N°285
本文保留用于科学用户

1887年,奥地利驻奥尔斯特马赫和彼得Salcher表示动画射弹,速度高于声音的速度会产生一个冲击波,该冲击波在快照中表现出自身。不久之后,在1899年,Mach比较了这种空白噪音,当它穿过气氛时产生陨石。他们推断了陆地空气中陨石进入的速度是超音速的。受到这项工作的启发,德国Otto Lummer建议,在1905年,鞭子的砰砰声也来自冲击波的发射。他的许多同事都是令人难度的,但解释有权享有城市:德国物理学家Winkelmann和Prandtl在他们在百科全书中围绕1910年写下的文章毫不犹豫地展示它。因此,在处理声学或空气动力学的许多书中发现了鞭子的结尾比声音更快地移动的想法。然而,在学习更精确的学习之前,它仍然在假设中仍然持续多十年来接受了两十年(物理学家通常有其他猫鞭打)。此外,整个世纪,鞭子的物理只会通过集中进展。

为了验证Lummer的直觉,图卢兹的职业老师在1927年实现了巧妙的体验。为了拍摄现象,在每个测试期间再现相同的扣环,职业构造一种机械鞭子,其看起来很少类似的校验:鞭子的手柄被弹性弹性替换,该弹性弹性呈现在穿过滑轮的绳索上。

Whippee.

在20世纪30年代,既不存在快速相机也不存在闪光。此外,职业摄影鞭子通过照亮它的短暂时刻,通过电弧灯的火花产生的光线(闪光灯不存在!)。火花必须在薰衣草射击后不久的时间点亮。驱动鞭子的机构同时释放秋季的电路板操作的开关产生火花。职业调整延迟通过修改板落的高度来调节分离火花鞭打的触发。通过将第二个开关放在第一个下方,它甚至发现了在第一个之后立即制作第二个火花的方式。因此,在同一照相板上获得,绳索末端的两个连续图像。职业生涯通过将距离除以两个镜头之间的持续时间来计算搅拌末端的速度,通过将两个火花(千分之一的千分之一)分开的持续时间。它通过记录滑轮达到的角速度来证实其测量。职业衡量每秒350米的速度,略大于空气中声音的速度(每秒330米)。该结果证实了超音速次脉冲的假设,然而,测量的不精确以及器件的不适当性特征,使得鞭子的绝对肯定地防止了鞭子的结论。

教授职业生涯的实验室鞭子在悬念中留下了一个问题:它真的可以通过手臂的简单运动来将鞭子的末端以超声波速度置于超音速吗?这个问题是在20世纪50年代的机会接近的:许多德国耳蜗受到奇怪的邪恶:在眼睛底部发现铜颗粒,似乎没有受到任何病变的情况。然而,同时,鞭子的末端由铜纱线制成。斯图加特物理学家正在调整和推进薄铜颗粒在砰的一端鞭打的高速突出,穿过角膜,而不会损坏它,停止在眼睛的底部。然后,物理学家开发一种沿着表带传播变形的模型,并得出结论,可以在扫须钟结束时尽可能大的速度。为此,干燥运动产生肘部,该弯头蔓延,并隔离车道的移动部分,其速度无限期地增加。

加速鞭子末端以如此建立的超声速度加速鞭子的机制,Lanière的运动是否只是创造了冲击波? 1958年,美国海军海军研究实验室的三位美国研究人员想知道:鞭子的踢球是否不会导致带有肩带两部分之间的机械冲击?为了提升这种歧义,研究人员决定使用一个新的超快速相机之一,在20世纪50年代后期已经设定了每秒4,000帧。他们聘请了一支音乐艺术家团队: 洛杉矶。这些训练有素的艺术家可以重现鞭打点击始终在同一个地方可比:在相机的字段中。因此,研究人员首次测量真正的搅拌器的速度:它比声速大的30%。

它仍有待视为冲击波。通过使用非常简短的光脉冲照射触发的麦克风在点击区附近的麦克风触发,这是可能的。如果它允许看到冲击波,此设备不允许拍摄其培训。因此,有必要实现一种明确的经验,证明鞭子末端的超音速位移产生了一波声震。

1998年,弗劳霍夫研究所的三个物理学家介绍了这一经验的简要现象(在Friborg)。由于摄像机每秒录制超过9,000帧,他们拍摄了优异的质量,准确测量鞭子末端的速度:它超过声音的速度非常短的约1,2千分之一一秒。鞭子的末端的速度甚至可以超过声音的速度。然后,末端的加速度达到重心的50倍(每秒500公里)。在该实验中,物理学家使用具有超短脉冲的激光器,它们与相机同步,以便在观察时刻观察由冲击波创造的阴影。他们的目标是突出冲击波,结果留下没有疑问的空间:在鞭子的速度变为超音速时,发出了冲击波。他们还注意到,在不到20厘米的情况下,条带切断的末端并在声速下返回。

由于这些进展,鞭打鞭打的一致性图像今天发布。似乎鞭子是一种机器,用于将带子的慢速移动变为位于其端部(或其端部的质量)的Masselotte的最终超快速运动中。

鞭子的物理学

让我们看看由连接到刚柄柄的带子制成的推车树的动态。手腕快速移动,卡特沿着手柄的车道朝向尽头展开肘部。

在这种运动期间,它使其手柄朝向背部展开,然后将带子展开在空中,然后使其急剧上升以打印整体速度。继续他的运动,推车将手柄带回初始位置。在其手腕运动的第一阶段,灯笼通过手柄末端的速度(表带的整体速度)的速度的平方来获取与其质量的产物成比例的动能。运动的第二阶段产生所需的肘部;这种形式在手柄附近,并朝向带子的末端蔓延。

当该肘部传播时,最初赋予整个灯笼上的动能聚焦在速度增加的移动部分中。利用这些近似,初始动能集中在带子的末端,其速度是带子的初始速度乘以装配块的块状的平方根和挂绳的末端(最多一定限制值)。在通常的鞭子中,该比率通常为300的顺序。因此,推车将初始速度打印为整个Lanière每秒20米的初始速度,以便结束超过速度。声音。声音。声音。

使用实验室鞭子进行的实验表明,在快照期间,靠近末端放置的节点,好像隐形剪刀已经决定!这种现象的起源的强烈紧张局势也解释了为什么鞭子的末端被擦除并变成泡芙,也就是说在线线束中。这件堆将促进弗里堡的经验确认的噪音克罗茨的排放。

声音排放中的主导机制将是该罐的快速枢转(90度,在0.1千分之一的秒中)。 Lummer是一个多个世纪的权利:鞭子的快照是由超音速冲击产生的。

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